涡旋压缩机多涡旋齿型线及型线修正研究

涡旋机械的研究历史和发展进程涡旋压缩机具有效率高、可靠性强、噪声低、重量轻和尺寸小等特点，即兼有容积式和回转式压缩机之优势，因此受到了国内外科技界的广泛重视。20世纪80年代初，涡旋机械首先在空调压缩机技术领域取得了商业应用，用作汽车空调压缩机（Sanden，1981）和柜式空调用压缩机（Hitachi，我国关于涡旋机械的研究始于年代后期，研究单位主要是甘肃工业大学和西安交通大学两所院校，经过多年努力，已研制出了4个系列20多种涡旋压缩机产品，其小型空气压缩机已经小规模生产。

涡旋机械的工作原理涡旋机械是一种新型容积式流体机械，主要由动涡旋、静涡旋、防自转机构、曲轴和支架体等零部件组成，其中两涡旋盘在安装时相对旋转一角度，并相对错开一距离后，对插在一起，这样两涡旋盘上的涡旋齿实现多点啮合，形成了多组月牙形密闭的工作腔容积。随着曲轴的旋转，所形成的多个啮合点沿着涡旋齿齿壁由外向内连续移动，这样所形成的多组月牙形工作腔逐渐由大变小，实现封闭工作腔容积的周期性变化，进而实现了气体的吸入、压缩和排出。

备事故预防和应急处置系统将完成对现有资源和将要建设资源的结合，使之能满足事故预防和应急处置的需要，达到预防和应急的整体功能。

（3）通过GIS系统形成对特种设备所处位置/空间的多种地理环境信息参数进行采集、综合分析与存储处理，实现对特种设备的具体地理位置、环境条件（温度、湿度、降水量、高度、污染物浓度等），特种设备的分布情况，以及某一地区范围内的分布数量与种类等与地理位置相关的所有信息的记录、添加、删改、调用等管理，实现对各种相关的外界因素的整体把握，为特种设备的监察、检验、监测、事故防范与应急处置提供更多的信息服务支持与技术保障。如对可移动特种设备进行实时跟踪；通过该系涡旋齿齿头型线修正涡旋齿型线类型主要有圆的渐开线、线段渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、变径基圆渐开线、包络型线以及通用型线。由于单基体型线构成的涡旋齿难以实现完全啮合，不能兼顾压缩、排气和加工等多方面的要求，而且涡旋齿型线的自身结构特点使得加工时在涡旋齿齿头处会出现与刀具千涉的情况，这样就需要对涡旋齿进行型线修正，故常在对压缩机性能造成较大影响的涡旋齿齿头实施型线修正，同时型线修正还能起到增加涡旋齿的啮合、增大压缩比、增强涡旋齿头强度和改善涡旋压缩机性能的作用。

通过研究涡旋压缩机的基本结构和工作原理，分析讨论多涡旋齿及其型线修正问题，主要体现在2个方面。

（1）在相同的设计任务条件下，通过对单双齿性能参数比较，研究涡旋齿齿数的不同对压缩机性能的影响。

（2通过研究多涡旋齿涡旋型线的修正方法，以解决多涡旋齿压缩机压缩比偏小的问题。

二、涡旋压缩机性能参数研究1.圆渐开线涡旋齿基本几何参数设计条件：介质，空气。排气量200m3/h，进气压力0.1MPa（绝压）。排气压力0.1MPa统在电子地图上迅速判定出事故设备的品种、技术参数、危险程度等基本信息，快速实施现场救援；根据地理分布合理分配特种设备监察、检验、维保人力资源等。

积极推动物联网技术在特种设备安全领域的研究与应用，着力争取在检测监测、安全评价、风险管理、寿命预测、重大危险源监测、预测预警、应急救援、基于风险的事故预防等方面有较大突破，率先在江苏省建立起特种设备的智慧管理、快速检验、重点设备健康监测、安全隐患远程诊断和事故防范和应急处置的示范体系，为特种设备立法、执法提供技术支撑，为保安全、促发展提供技术保障。

〔编辑王永洲〕设备管理与维修mm，齿厚4.5mm.主轴回转半径7.5mm，进气温度20压缩指数1.4. 2.压缩机动涡盘部分参数设定及涡旋齿基本参数计算涡旋齿高h=50mm，涡旋齿厚t=4.5mm，转速n=3600r/min，主轴偏心距Rr=7.5mm，涡旋盘半径Rw=130mm，涡旋齿数Z=2.节距P=2乙压缩比s=2.8931，见式（6 3.压缩机封闭工作腔容积计算任意时刻的工作腔容积随主轴转角的变化关系如所制。可见随着涡旋齿齿数的增加，曲轴偏心距减小，排气量下降，压缩比略有升高，相对滑动速度急剧下降；随着齿厚的增加，排气量减小，压缩比增加，相对滑动速度减小。

当曲轴偏心距、齿厚和涡旋齿外接圆半径相同时，多涡旋齿涡旋盘如所示，其排气量、压缩比和基圆半径随齿数的变化规律如所示，其中参数按h=50mm，n=3600r/min.Ru mm，Rw=145mm绘制。随着涡旋齿数的增加，涡旋齿圈数减小，吸气量明显增加，压缩比急剧下降，基圆半径增加。随着齿厚的增加，排气量减小，压缩比减小，基圆半径增加。

当曲轴偏心距和齿厚相同时，若保持吸气量和转速不变，多涡旋齿有利于减小涡旋齿外接圆半径，即减小涡旋盘直径，但其涡旋齿圈数和压缩比明显减小，如表1所示。相关参数按h=50mm，t=4.5mm，R=7.5mm，n=3600r/min，Qs=3.3m3/min计算。

若保持吸气量和涡旋齿外接圆半径相同时，则多涡旋齿有利于将降低转速和动静涡旋间的相对滑动速度，如表2所示，相表1吸气量相同时的性能比较齿数Z/条圈数N/圈压缩比e涡旋齿外接圆半径Rw/mm涡旋盘直径示。

图中AB为吸气过程，工作腔容积逐渐增大，气体逐渐进入工作腔。B点吸气结束，此时所对应的容积为吸气容积，其中工作腔容积*大点在吸气结束前5左右。BC为压缩过程，C点为压缩过程结束点，此时压缩腔与排气口相连通，排气过程开始，此时所对应的主轴转角即为排气角，CD为排气过程，D点排气结束，此时排气口完全被动涡旋齿所覆盖（只有在涡旋齿进行型线修正，形成全啮合涡旋齿时，排气口才能完全被动涡旋齿所覆盖。

任意时刻的工作腔压力见式（7三、涡旋齿齿数对涡旋机械性能影响的研究当基圆半径、齿厚和涡旋齿外接圆半径相同时，不同齿数的多涡旋齿如所示，吸气量、压缩比（按绝热压缩计算k=1.4，以下相同）和相对滑动速度随齿数的变化规律如所示，相关基圆半径和齿厚相同时的多涡旋齿114设备管理与维修齿厚和节距相同时的多涡旋齿（1多涡旋齿双圆弧修正齿形的生成（。以旋转中心点O为原点建立坐标系，作特征圆。取定修正展角必在外侧和内侧圆渐开线上取中线展角分别为少、齿数Z/条转速n/采用多涡旋齿涡旋盘在较大排气量和较小压缩比的应用场合下具有显著的优势，在涡旋齿的齿高、齿厚和转速相同的条件下，多涡旋齿与单涡旋齿相比具有吸气量大，涡旋齿外接圆半径小，即涡旋盘的外径小，表2吸气量相同时的性能比较两涡旋盘间的相对滑动速度小，进而磨损小，涡旋齿圈数少和压缩比减小的特点。

正的研究修正设备管理与维修分别以E、F两点为圆心，以EC、A为半径作小圆弧CB、大圆多涡旋齿能够进行型线修正的条件：特征圆以内不能存在啮合型线，即外侧型线上的连接点C不能选取在特征圆以内。据此可确定修正展角的取值范围，当特征圆在基圆以内时，修正展角的*小值免为免=-a.当特征圆在基圆以外时，修正展角的*小值式（8可见修正展角f的*小取值可以小于零，其*大取值在理用中往往取值不超过360°。

多涡旋齿（包括单涡旋齿）的双圆弧修正齿形具有3个共同特点。①内外侧渐开线与大小圆弧在连接点C、处光滑过渡。②大小圆弧和特征圆仅相交于点，且该点为修正涡旋齿的*终啮合点。③两圆弧两端点A、C的连线或过这两点的圆必与特征圆相交于两点，其中与外侧型线上的C点相邻的一点为*终啮合点。

没修正时的静涡旋盘，是修正后的静涡旋盘。双涡旋齿型线双圆弧修正后具有一些优点，双涡旋齿的4条涡旋齿都能相互实现完全啮合，动静涡旋齿都有两条。因而涡旋齿的啮合程度加强，双涡旋齿涡旋盘心部的利用率得到提高，压缩过程变长，压缩时间变长，排气容积减小，压缩比提高。涡旋齿齿头投影面积增大，齿头处的强度刚度增加，避免了涡旋齿齿壁与加工刀具的千涉，避免了加工过程的让刀，改善了双涡旋齿的加工特性。

2.多涡旋齿双圆弧修正齿形的啮合为多涡旋齿双圆弧修正齿形的*终啮合点B处于啮合时的啮合图，由于其上的一对大小圆弧满足圆弧作为多涡旋齿啮合型线的条件，因而多涡旋齿修正齿形能够实现完全啮合。

随着涡旋机械向大排量、大压缩比等方向的发展，传统的单齿涡旋机械已不能满足要求，可以通过修正涡旋型线和增加涡旋齿齿数等来满足要求。

采用多涡旋齿结构将是增加排气量的有效方法，多涡旋齿涡旋机械在增加排量、减小涡旋盘外形尺寸和改善涡旋盘受力特性等方面具有非常显著的优势。

修正后的双涡旋齿型线能相互实现完全啮合，使压缩过程变长，压缩比提高，齿头处的强度和刚度增大，避免了涡旋齿齿壁与加工刀具的千涉，改善了双涡旋齿的加工特性。